Способ дегазации угольного пласта

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 1555 ц 1)5 Е 21 Е 7/О ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ ОПИСАНИ ий СССР978.СР1983 ЬНОГО ПЛАСТА(57) .Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке выбросоопасных пластов, Цель - повьппение эффективности дегазации и снижение энергоемкости воздействия на пласт за счет оптимизации параметров управляемого разрушения. В угольный пласт бурят дегаза-ционные скважины, герметизируют их и заканчивают жидкость под давлением, Давление жидкости должно быть не Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при дегазации выбросоопасных пластов,Цель изобретения - повьппение эффективности дегазации и снижение энергоемкости воздействия на пласт за счет оптимизации параметров упр ляемого разрушения.На фиг. 1 приведена технологичеся схема размещения оборудования скважины, а также сформировавшиеся,после обраной напряжсхемыиллюспособ.На технологичследующие обознаобсадная труба 2раствор 3, насосния; гидравличесвод 6 для сбросааметр зоны разгр ской схемеения: скв принятыажина 1;ющийавле 5; при- дидиамет;герметизир 4 высокого кая заглушк давления; узки еа ка АВТОРСКОМУ СВИ(54) СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛ меньше предела прочности угля на от рыв. Предел прочности определяют на пробах угля, взятых предварительно из пласта. Давление жидкости в скважине периодически повышают не менее чем в два раза. Определяют экспериментально или аналитически толщину слоя угля, разрушаемого за один период повьппения давления, Рассчитывают размер зоны предельно напряженного состояния (ПНС) угля вокруг скважины. Определяют количество периодов воздействия на пласт. В момент разрушения зоны ПНС угля сбрасывают давление жидкости и выпускают из скважины жидкость и уголь. Затем изИ влекают газ иэ скважины в течение Ф времени формирования новой зоны ПНС угля. На практике это время превышает б,ч. Применение способа создает С глубокую дегазацию пласта с одновременной его разгрузкой. Извлекаемыйиф газ характеризуется высоким содержанием метана. 1 э.п.ф-лы, 3 ил., 9 ееЙ 1 табл. Сл ботки пласта эоны различенности; на фиг. 2 и 3 -стрирующие предлагаемыйзоны предельно напряженного состоя=- ния; й- диаметр скважины; Й ,- диаметр полости.Способ осуществляют следующим об 5 разом.Из выработки, в которой размещены насос 4 высокого давления, гидравлическая заглушка 5, привод б для сброса давления на угольный пласт 1 О бурят скважину 1. В скважину вставляют обсадную трубу 2 и герметизируют ее скрепляющим раствором 3. К обсадной трубе подключают насос высокого давления, гидравлическую 15 заглушку с приводом для ее управления путем сброса давления в скважине. Затем насосом создают давление жидкости в скважине не меньше прочности угля на отрыв, определяемого путем разрушения при разгрузке. Давление в скважине повышают до уровня, превышающего двухкратный первоначальный, и резко сбрасывают. Учитывая толщину разрушенного угля за один цикл повышение - сброс и размеры зоны предельно напряженного состояния .вокруг скважины, устанавливают момент ее разрушения, после которого открывают заглушку, и давление в скважине ;сбрасывают до атмосферного с одновре" менным выпуском разрушенного угля ввыработку. После чего производят отбор газа в течение времени формирования зоны предельно напряженного состояния массива вокруг скважины, что на практике составляет время более б ч.Способ базируется на следующих физических предпосылках.В призабойной части пласта формируется зона влияния выработки, в которой можно выделить зону разгрузкиЙ(зона отжима).; зону предельно,напряженного состояния Й 1, область 45 упругого состояния. При разрушении призабойной части пласта указанныезоны перемещаются в глубину массива, формируя новую зону влияния выработки. с последующей дегазацией, Разрушение угля можно осуществлять путемразгрузки напряженного массива. Уровень напряженного состояния, определяющий разрушение угля при разгрузке,устанавливается по методу и на установке ИГД им. А.А.Скочинского. Приэтом образец нагружается давлением,после этого разрушается хрупкая мембрана, и одна поверхность образцаде г пр. гой= 1 радиус зоны предельно напряженного состояния, м;радиус скважины, м; коэффициент боковогоотпора, отн, ед; разгружается, что при определенномуровне давления сопровождается разрушением образца на определенную глубину,Таким образом, если в скважинесоздать давление, которое изменяетсяв пределах, достаточных для поддержания разрушения при каждом цикле нагрузки-разгрузки, то таким образомможно осуществлять разрушение угольного пласта в окрестности скважины.Для предотвращения перехода пласта влавинообразное разрушение в скважине необходимо поддерживать фоновоедавление не меньшее, чем уровень,определяющий разрушение при разгрузке, Обеспечивая таким образом управление процессом разрушения пластавокруг скважины 1 при минимальныхзначениях энергоемкости воздействия,выбирают оптимальный режим дегазацииугольного пласта,Предварительно иэ пласта отбираютпробы угля, которые помещают в установку для.определения прочности наотрыв методом разгрузки. Создаютгидростатическое объемно-напряженноесостояние на образец. Затем путемразрушения хрупкой мембраны разгружается одна поверхность образца и,таким образом, определяют наименьшийуровень давления жидкости Ро, прикотором имеет место устойчивое разрушение угля, устанавливают приэтом глубину. проникновения разрушения 1 в образец, которую принимаютза величину разрушения угля за циклнагрузка - разгрузка и которую переносят на массив.Определение размеров зоны предельно напряженного состояния осуществляют также аналитически. Рассматривают при этом плоскую задачу, которая соответствует напряженному состоянию массива вокруг скважины в плоскости пласта (фиг2). Тогда область,предельно напряженного состоянияпласта вокруг скважины определяют поформуле:Л 21 Н -6 Гл18 6размещалось две трубки, по одной подавалась жидкость йод давлением для гидрозатвора, а другая сообщалась с камерой для измерения дебита газа, Кроме того, трубки использовались для измерения деформаций массива между пластом и выработкой. Измерение дебита газа из скважин осуществлялось прибором ПГМа, Скважины располагались так, что после бурения скважины диаметром 300 мм расстояние от нее до контрольных составили 5, 10, 15, 20 м (фиг, 3). Предварительно для пласта методом разгрузки определен предельный уровень напряженного состояния, характеризующийся давлением жидкости, при котором имеет место устойчивое разру" шение и которое составило 3,0 ИПа. Глубина разрушения образца уже при этом составила 0,013 м. Кроме того, определен предел прочности угля, который равен 6,5 МПа.Расчет, проведенный по формуле (1) при условии, что г = 0,15 му 1+ ф1 где 1 - коэффициентПуассона12 ф т 2 ф 5 мр 800 м; Н =, = 6 ф 5 ИПа; Ь" = О 65 МПа показал, что радиус зоны предельно напряженного состояния вокруг скважины равен=0,75 м.При глубине разрушения образца 0,013 м количество циклов для разрушения зоны предельно напряженного состояния вокруг скважины составило г- г 0,75-0,15 1 0,013После бурения скважины диаметромЗОО мм в течение 7 сут время подготовки скважин диаметром 76 мм) измерялся дебит газа. За укаэанный пери 5 15555Ь, =6 =уН - компоненты напряженийна глубине залеганияот поверхности Н приобъемном весе у, МПа 3Ь - предел прочности на5сжатие, МПа;6- предел прочности разсМрушенного угля, МПа.Затем с помощью насоса создается давление в скважине, совпадающее с давлением при устойчивом разрушении угля по методу разгрузки, которое увеличивают не менее, чем в два раза, а затем резко сбрасывают до первоначального, формируя тем самым разрушение пласта на глубину 1. Зная размеры зоны предельно напряженного состояния ги глубину разрушения за один цикл йагружение-разгрузка 1, устанавливают количество циклов воздействия на пластд,прМПосле чего давление в скважине резко сбрасывают до атмосферного, выпуская разрушенный уголь в выработку, и производят отбор газа не менее 6 ч, т.е. во время активного формирования нового положения эоны 30 разгрузки, а следовательно, и дегазации пласта.Оптимальный интервал времени, в течение которого рекомендуется производить отбор газа, определяют следующим образом.Перед вскрытием пласта через породную пробку толщиной не менее 2 м на пласт бурят скважину, из которой измеряют дебит газа. Измерения про водят через каждый час. Затем последовательные замеры сравнивают между собой и за оптимальный интервал времени отбора газа из пласта принимают такой, на котором различие в дебите 45 газа, определенном почасово, отличается менее чем на 5%, что совпадает с точностью прибора - расходомера газа. Втабл. 1 приведены усреднен-. ные результаты измерения по двадца ти случаям перед вскрытием выбросоопасных пластов.П р и м е р, На расстоянии 25 м от забоя штрека на пласт К были пробурены четыре контрольные. скважи 55 ны диаметром 76 мм в которых гидравлическими затворами образовывались камеры, сообщающиеся с выработкой медными трубами. В каждой скважине1555518 од времени из нее выделилось 12,4 мметана.Затем, создав насосом УГН в скважине диаметром 300 мм давление, равное 6,5 МПа, с помощью дистанционного ручного управления его 46 разповышали до величины 13,0 МПа и резко сбрасывали до начального уровня,равного 6,5 МПа. 10Давление в скважине повышалось втечение 30-40 с и сбрасывалось за0,8-1 с. После всего цикла повышение сброс путем открывания гидравлической задвижки давление в скважине Формула из обретения сбросили до атмосФерного и переключили скважину через расходомер наработу в дегазационную сеть, Приэтом проводили через каждые 5 минизменения прибором ПГМа дебита газа из контрольных скважин. Результа-ты измерений показали что, если дебит газа в контрольные. скважины 2.и 3 не изменился, то в скважине 1 онрезко возрос, т.е. зона образовавшейся полости превысила 5 м. Времяобработки пласта составило 1,3 ч.Количествб выделившегося газа изскважины диаметром 300 мм в течение6 ч составило 926,8 м, а время ра: боты скважины до момента стабилизации дебита 7,5 ч. течение 7 сут выделилось 12,4 м газа, при этом радиус эФФективного воздействия скважины составил менее 5 м, После ,5-часового воздействия выделилось только в течение 43 ч 6012,8 м газа, а радиус влияния достиг 15 м.ДеФормации расширения пласта после первого и второго циклов воздействия свидетельствуют о разгрузке массива между выработкой и дегазируемым пластом. где т пр - Радиус зоны предельнонапряженного состояния, м;1 - глубинаразрушения, м, после чего давление в скважине сбрасывают до атмосФерного и одновременно с этим начинают выпуск разрушенного угля и отсос газа.2, Способ по п. 1, о т л и ч а ю- щ и й с я тем, что отсос газа производят в течение не менее 6 ч,. После повторной обработки пласта через эту же скважину с параметрами г ,= 075 м, гпр = 3,75 м, И = 240, радиус влияния полбсти, контролируемой по повышению дебита в контрольные скважины, превысил 15 м, а время активной работы превысило 36 ч, за которое выделилось 5086 м газа., ЭВремя обработки пласта в первом случае 1,3 м, а во втором - 6,5 ч.Расчетный радиус влияния полости, т.е. зона предельно напряженного сос тояния, рассчитанный по Формуле (1), составил 18,75 м.ЗФФективность дегазации угольного пласта устанавливается путем сравнения количеств газа, выделившихся до и после воздействия на скважину, Так при работе скважины без предва-рительного воздействия на пласт в 1. Способ дегазации угольного пласта, включающий буренйе скважины, ее обсадку, герметизацию устья, пе" риодическое силовое воздействие на пласт через скважину, о т л и ч а ющ и й с я. тем, что, с целью повьдпения эФФективности дегазации и снижения энергоемкости воздействия на пласт за счет оптимизации параметров управляемого разрушения, предварительно отбирают пробы угля и определяют предел прочности угля на отрыв методом. разгрузки, глубину разрушенияи размеры зоны предельно напряженного состояния, а силовое воздействие на пласт осуществляют созданием давления жидкости в скважине величиной не менее, чем предел прочности угля на отрыв, которое периодически повышают не менее, чем в два раза, причем количество циклов силового воздействия определяют из следуюшего математического выражения:г,прМ = --955558 газа, л/мин, в ннтервале времени после бурения скважины, ч 1 2 3 4 5 Ь 7 8 Скважина Диаметр скважпны, мм 2222, 4,7 . 3,6 1 96 104 8 д 33,394 6 25,1 Среднее изменение 4,7 И р и м е ч а н и е. В знаменателе дано относительное изменение дебитов "предыдущее - последущщеепредыдущее Количество наблюдений, шт. Дебит о1555518 Составитель И.федяевРедактор С.Патрушева Техред М.Ходанич орректор И.Муска 4 Ь . Тираж 372 ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 акаэ роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,1